Wojciech Giera
Transkrypt
Wojciech Giera
„Rozdział ładunku w fotosystemie I. Badania z użyciem metod ultraszybkiej spektroskopii optycznej” Wojciech Giera Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki Fotosystem I (PSI) to duży białkowo-barwnikowy kompleks wbudowany w błonę tylakoidową, który wykorzystuje energię świetlną do napędzania transbłonowego transportu elektronu. Składa się z rdzenia i peryferyjnych kompleksów zbierających światło (LHCI). Rdzeń PSI posiada swój własny układ antenowy (Ant) złożony z ok. 90 cząsteczek chlorofilu a wbudowanych w matrycę białkową. Centralna część rdzenia PSI, zwana centrum reakcji (CR), jest wyposażona w dwie kwazisymetryczne gałęzie przenośników elektronu (A i B). Zadaniem chlorofili antenowych jest absorbowanie światła i przekazywanie jego energii do CR, gdzie inicjowany jest transport elektronu. W klasycznym modelu pierwotnym donorem elektronu jest dimer chlorofili, zwany P700, umiejscowiony na jednym ze wspólnych końców obu gałęzi. Jednakże ostatnio zaproponowano, że prawdziwym pierwotnym donorem elektronu jest chlorofil pomocniczy (A) położony pomiędzy dimerem P700 a chlorofilem będącym pierwotnym akceptorem elektronu (A0). Sugerowano również, że pierwotny rozdział ładunku w PSI jest procesem odwracalnym, tzn. że rekombinacja w pierwotnej parze donor-akceptor (A+A0-) może prowadzić do odbudowania stanu wzbudzonego centrum reakcji (CR*). Ponadto wiele grup badawczych obserwowało efektywne wygaszanie wzbudzenia antenowego przez tzw. zamknięte centra reakcji tj. centra reakcji z P700 w stanie utlenionym (P700+). Mechanizm tego procesu pozostaje jednak wciąż niewyjaśniony. Celem pracy doktorskiej były: (1) weryfikacja istniejących modeli rozdziału ładunku w fotosystemie I, (2) sprawdzenie czy rozdział ładunku jest inicjowany w obu gałęziach przenośników elektronu czy tylko w jednej z nich, a jeśli w obu to z jakim prawdopodobieństwem, (3) zaproponowanie konkretnego mechanizmu wygaszania wzbudzenia przez zamknięte centra reakcji. Pułapkowanie energii przez centra reakcji oraz rozdział ładunku są procesami zachodzącymi w pikosekundowej skali czasu. Dlatego Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego jako narzędzie badawcze odpowiednie do rozwiązania wymienionych problemów wybrano ultraszybką spektroskopię optyczną, absorpcyjną i fluorescencyjną. Materiałem badanym były, wyizolowane z zielonego glonu Chlamydomonas reinhardtii, kompleksy rdzenia fotosystemu I dzikiego szczepu (WT) oraz mutantów, w których metionina, ligand pierwotnego akceptora elektronu A0, zastąpiona była histydyną lub seryną selektywnie w gałęzi A lub B. Czasowo-rozdzielcze pomiary fluorescencyjne zostały przeprowadzone dla PSI z centrami reakcji zarówno w stanie otwartym jak i zamkniętym. Sygnał absorpcji przejściowej zmierzony przy 390 nm dla długich opóźnień czasowych (~3 ns), charakterystyczny dla A1- osiąga w przypadku WT wyraźnie dodatnią wartość, ulega natomiast redukcji o połowę w przypadku mutacji w gałęzi A lub B. Sugeruje to jednakowe zaangażowanie obu gałęzi (A i B) w transport elektronu do A1 [Giera i wsp., Phys. Chem. Chem. Phys, 11, 5186-5191, 2009]. Z kolei sygnał fluorescencji zmierzony dla dzikiego szczepu i mutantów zanika dwufazowo z czasami ~7 ps i ~25 ps, zarówno w przypadku centrów reakcji otwartych jak i zamkniętych. Mutacje punktowe przy A0 oraz ładunek na P700+ modulują jedynie względne amplitudy obu faz. Szybsza faza może być przypisana procesowi dochodzenia do równowagi pomiędzy stanem wzbudzonym (Ant/CR*) a pierwotnym stanem z rozdzielonymi ładunkami, natomiast faza wolniejsza – zanikowi tego stanu równowagowego na skutek kolejnego kroku transportu elektronu. Wyniki te sugerują, że (1) do rozdziału ładunku dochodzi zarówno w otwartych jak i zamkniętych centrach reakcji, (2) rozdział ładunku jest procesem odwracalnym, (3) pierwotnym donorem elektronu jest chlorofil pomocniczy A, a nie jak wcześniej sądzono P700. Jako mechanizm wygaszania wzbudzenia przez zamknięte centra reakcji zaproponowano więc rozdział ładunku, po którym następuje szybka rekombinacja do stanu podstawowego [Giera i wsp., Biochimica et Biophysica Acta – Bioenergetics 1797, 106-112, 2010]. Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego